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汞﹝Mercury﹞ ─ 全球各处传输量﹝Flux﹞及分布变

阅读886| 发布: 2018-01-23 15:16 | 点赞: 202


一‧global 传输量的年变化、区域变化特性:

全球海水内的溶液态汞物质,分布的特性将决定于三个因素:当地的沉降型式、基础生产力、涌升流;而其中生物生产力的多寡将影响到二价汞 Hg11 还原成元素态汞 Hg0 的速率,以及不易反应汞 Hgnr 的逸散速率。
汞﹝Mercury﹞ ─ 全球各处传输量﹝Flux﹞及分布变

﹝图5 ,Sarah 2007﹞

由图5 的a、b 可看出,赤道、太平洋西边、大西洋西边都有很高的汞物质沉降量;赤道地区的沉降量高主要是因为降水多,再加上许多汞物质易在此区域内氧化为易反应的气态汞﹝RGM﹞,所以在赤道地区汞物质易随着降水,溼沉降进入海洋。而大西洋与太平洋西边的高汞物质沉降量,主要是因为这两处紧临亚洲大陆及北美大陆的工业区,故有大量的人为来源释放进入海洋。

过去的研究表示,二价汞 Hg11 还原成元素态汞 Hg0 的速率,取决于总基础生产力﹝Net primary productivity 、NPP﹞的大小,因为海洋中藻类生物的生物化学作用可以使二价汞 Hg11 还原成元素态汞 Hg0 。当二价汞 Hg11 还原成元素态汞 Hg0 的时候,由于元素态汞 Hg0 具有易挥发的特性,故海洋中元素态汞 Hg0 含量高的时候,将增加汞物质由海洋进入大气的通量 Foa 。

海洋中具备高基础生产力的主要因素之一,是需要有涌升流的地区,因为涌升流会将深海的高浓度营养盐带到海洋表面,使得藻类生物得以大量生长;全球海洋有涌升流的地区包括赤道表面辐散区的海洋,以及离岸海水带来的涌升作用,例如:秘鲁西岸、南非西岸,这些地区都具有相当高的基础生产力﹝见图5 c、d﹞,所以这些地区二价汞 Hg11 还原成元素态汞 Hg0 的速率相当快,意即赤道地区、秘鲁西岸、南非西岸这些地区,有大量元素态汞 Hg0 逸散进入大气,Foa相当高。

比较赤道地区与高纬度地区,终年降水量多,使得大量大气中二价汞 Hg11沉降进入海洋,加上赤道地区因为终年涌升作用,把深海的汞物质带到海表面,且涌升作用带来高度基础生产力,使得海水中二价汞 Hg11 极快速还原为元素态汞 Hg0 ,故赤道海表面终年都有高浓度的元素态汞 Hg0 。但是高纬地区由于温度因素,只有在夏季﹝南半球的1月、北半球的7月﹞会有高基础生产力﹝见图 6 b﹞,故高纬地区海水中元素态汞 Hg0的浓度,只在夏季有最大值﹝见图5﹞。

由海洋逸散至大气 Foa的汞通量大小,由「海表元素态汞 Hg0 浓度」与「海表温度」决定,赤道地区因为有高元素态汞 Hg0浓度以及高温,故拥有全球最大平均值 1000 ng / m2‧month,在中纬度地区平均值为 600 ng / m2‧month ,较赤道地区少﹝见图6 d﹞;然而在高纬度地区的冬季﹝图6 d﹞,因为生物活动少,再加上温度低,造成海水表面的元素态汞 Hg0 是未达饱和状态,故在高纬地区冬季的 Foa 呈现负值,即此时主要是大气的汞沉降到海洋表面,而非海水内的汞物质逸散至大气。
汞﹝Mercury﹞ ─ 全球各处传输量﹝Flux﹞及分布变

﹝图6 各通量随纬度的变化,Sarah 2007﹞

二‧地中海、北大西洋 Flux:
﹝图7 地中海各地点汞通量,K Gårdfeldt 2003﹞

K Gårdfeldt 在2003年对于地中海的研究指出,地中海各处以及北大西洋,海洋中汞逸散至大气的量﹝见图 7﹞,这些资料取自于1999与2000航次搜集到的样本,并藉由气体交换模式估算出「汞逸散量」的结果,我们将他2003年研究的地点大致标示出五个点﹝见图 9﹞,A为北大西洋、B为西地中海、C为西西里海峡、D为Tyrrenhian海、E为东地中海,五个点的经度为由西至东排列。

由图7、图8可知,北大西洋的汞平均溢散量为2.7 ng/ m2‧h,西地中海的汞平均溢散量为2.5 ng/ m2‧h,Tyrrenhian海的汞平均溢散量为4.2 ng/ m2‧h,东地中海的汞平均溢散量为7.9 ng/ m2‧h,而西西里海域的情形较特殊,在中午时间测量时,汞溢散量为40.5 ng/ m2‧h,而在午夜时间测量时,汞溢散量为2.3 ng/ m2‧h。

由此可知,在地中海各处以及北大西洋,北大西洋的汞溢散量接近于西地中海,而两处的纬度相近,且西地中海有缺口,使大西洋的海水得以补充进来,所以这可能是两处汞溢散量接近的原因。而大致而言,地中海的汞溢散量有由西向东渐增的趋势。而西西里海峡有最大的可溶性气态汞﹝DGM﹞浓度、汞溢散量,可能是因为西西里岛附近的火山活动促成。

最后K Gårdfeldt推估,地中海夏天约有 66 公吨的 Hg 被释放到大气,是人为释放到大气 Hg 的1-3倍。
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﹝图8 文献回顾大西洋汞通量估算,K Gårdfeldt 2003﹞
﹝图9 ,大西洋、地中海位置﹞

三‧参考文献:
1.Strode, Sarah A. (2007) Air-sea exchange in the global mercury cycle. Global Biogeochemical Cycles 21(1)
2.W.F. Fitzgerald and T.W. Clarkson, Mercury and monomethylmercury: present and future concerns. Environ, Health Perspect 96 (1991), pp. 159–166.
3.Ga°rdfeldt, K., et al. (2003), Evasion of mercury from coastal and open waters of the Atlantic Ocean and the Mediterranean Sea, Atmos. Environ., 37, S73– S84.
4.Lu, J.Y., Schroeder, W.H., Barrie, L.A., Steffen, A., Welch, H., Martin, K., Lochard, L., Hunt, R.V., Boila, G. and Richter, A., 2001. Magnification of atmospheric mercury deposition to polar regions in springtime: the link to tropospheric ozone depletion chemistry. Geophys Res Lett 28 17, pp. 3219–3222.
5.Mason, R.P., Rolfhus, K.R. and Fitzgerald, W.F., 1998. Mercury in the North Atlantic. Mar. Chem. 61, pp. 37–53

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